探索MAXIM ICL7126：低功耗3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器的卓越性能

在電子工程師的設(shè)計(jì)世界中，A/D轉(zhuǎn)換器是連接模擬與數(shù)字世界的關(guān)鍵橋梁。今天，我們將深入探討MAXIM公司的ICL7126低功耗3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，它的諸多特性為各類應(yīng)用帶來了新的可能性。

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一、器件概述

ICL7126是一款單片式模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有極高的輸入阻抗。片上的有源組件包括段驅(qū)動(dòng)器、段解碼器、電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘電路。它能夠直接驅(qū)動(dòng)非多路復(fù)用的液晶（LCD）顯示器，無需外部顯示驅(qū)動(dòng)電路，顯著降低的功耗使其成為便攜式系統(tǒng)的理想選擇。

特性亮點(diǎn)

1. 低功耗：功耗保證小于1mW，使用9V電池時(shí)典型續(xù)航可達(dá)3000小時(shí)。
2. 快速恢復(fù)：保證從超量程狀態(tài)快速恢復(fù)到首次讀數(shù)。
3. 零輸入零讀數(shù)：輸入為零時(shí)，讀數(shù)為零。
4. 直接驅(qū)動(dòng)LCD：可直接連接LCD顯示器，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
5. 抗干擾能力強(qiáng)：采用雙斜率轉(zhuǎn)換技術(shù)，能自動(dòng)抑制工業(yè)環(huán)境中常見的干擾信號(hào)。
6. 高精度：將翻轉(zhuǎn)誤差降低到小于一個(gè)計(jì)數(shù)，零讀數(shù)漂移小于1μV。
7. 低噪聲：無滯后或超量程殘留效應(yīng)，噪聲低至15μVp - p。

二、產(chǎn)品選型與應(yīng)用場(chǎng)景

選型信息

應(yīng)用場(chǎng)景

該器件可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字面板儀表，常見的應(yīng)用包括壓力、電壓、電阻、溫度等模擬數(shù)據(jù)的測(cè)量和顯示。

三、電氣特性與性能參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

輸入電壓在輸入電流限制為100μA時(shí)可超過電源電壓。功耗額定值假設(shè)器件所有引腳都焊接到印刷電路板上，最大電源電壓為15V。

關(guān)鍵電氣參數(shù)

四、工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

模擬部分

每個(gè)測(cè)量周期分為四個(gè)階段：

1. 自動(dòng)調(diào)零（A - Z）：系統(tǒng)閉合輸入環(huán)路，給自動(dòng)調(diào)零電容CAZ充電，補(bǔ)償比較器、緩沖放大器和積分器中的失調(diào)電壓。系統(tǒng)的固有噪聲決定了自動(dòng)調(diào)零的精度。
2. 信號(hào)積分（INT）：內(nèi)部輸入高（IN - HI）和輸入低（IN - LO）連接到外部引腳，斷開內(nèi)部短路并打開自動(dòng)調(diào)零環(huán)路。轉(zhuǎn)換器在固定時(shí)間內(nèi)對(duì)IN - HI和IN - LO之間的差分電壓進(jìn)行積分。此差分電壓可在較寬的共模范圍內(nèi)（任一電源的1V以內(nèi)）。
3. 參考反積分（DI）：IN - H連接到先前充電的參考電容，IN - LO內(nèi)部連接到模擬公共端。芯片內(nèi)的電路確保電容以正確的極性連接，使積分器輸出回到零。輸入信號(hào)決定輸出回到零所需的時(shí)間，顯示的數(shù)字讀數(shù)為 (1000 × frac{V{IN}}{V{REF}})。
4. 零積分（ZI）：輸入低與模擬公共端短路，參考電容充電到參考電壓。系統(tǒng)在輸入高周圍閉合反饋環(huán)路，使積分器輸出回到零。該階段通常持續(xù)11到140個(gè)時(shí)鐘脈沖，但在“重度”超量程轉(zhuǎn)換后會(huì)延長(zhǎng)到740個(gè)時(shí)鐘脈沖。

數(shù)字部分

數(shù)字部分的時(shí)鐘電路有三種時(shí)鐘源選擇方式：

1. 在39和40引腳之間連接晶體。
2. 將外部振蕩器連接到40引腳。
3. 使用三個(gè)引腳構(gòu)成RC振蕩器。

時(shí)鐘頻率除以四驅(qū)動(dòng)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，該頻率進(jìn)一步分頻形成四個(gè)轉(zhuǎn)換周期階段，即信號(hào)積分（1000計(jì)數(shù)）、參考反積分（0到2000計(jì)數(shù)）、自動(dòng)調(diào)零（260到2989計(jì)數(shù)）和零積分（11到740計(jì)數(shù)）。

五、元件值選擇

自動(dòng)調(diào)零電容

對(duì)于2V量程，0.1μF電容即可；對(duì)于200mV滿量程，推薦使用0.47μF電容以提高噪聲抑制能力。

參考電容

大多數(shù)應(yīng)用中，0.1μF電容可接受。當(dāng)存在大的共模電壓且使用200mV量程時(shí)，需使用1.0μF電容以防止翻轉(zhuǎn)誤差。

積分電容

為確保積分器不飽和，選擇合適的積分電容。以每秒一次讀數(shù)為例（16kHz時(shí)鐘），CINT的標(biāo)稱值為0.15μF。不同振蕩器頻率時(shí)，該值應(yīng)成反比變化以保持相同的輸出擺幅。建議使用聚丙烯電容以減小線性誤差。

積分電阻

積分電阻應(yīng)足夠大，使放大器在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)處于線性區(qū)域；同時(shí)應(yīng)足夠小，避免對(duì)PCB板提出過高的泄漏要求。對(duì)于200mV量程，推薦使用180kΩ電阻。

參考電壓

對(duì)于2V和200mV量程，VREF應(yīng)分別為1V和100mV。在許多應(yīng)用中，A/D連接到傳感器時(shí)，輸入電壓和數(shù)字讀數(shù)之間的比例因子可能不是1。可根據(jù)具體需求選擇合適的參考電壓和積分電阻。

振蕩器元件

推薦使用50pF電容，電阻可根據(jù)公式 (f = 0.45 / RC) 選擇。例如，48kHz時(shí)鐘（每秒3次讀數(shù)）時(shí)，(R = 180kΩ)；16kHz時(shí)，(R = 560kΩ)。

六、使用注意事項(xiàng)

1. 測(cè)試引腳：測(cè)試引腳有兩個(gè)功能，一是作為7126的負(fù)電源，用于外部段驅(qū)動(dòng)器或其他指示器；二是進(jìn)行燈測(cè)試，將TEST引腳拉高（V +）時(shí)，所有段將點(diǎn)亮，顯示應(yīng)為 - 1888。但在燈測(cè)試模式下，段上有恒定直流電壓，長(zhǎng)時(shí)間處于該模式可能會(huì)燒壞LCD。
2. 共模電壓處理：模擬公共端用于設(shè)置電池供電時(shí)的共模電壓。當(dāng)輸入信號(hào)相對(duì)于電源浮動(dòng)時(shí)，該引腳可設(shè)置比正電源低約2.8V的電壓。若IN - LO與模擬公共端不同，系統(tǒng)中存在共模電壓，可通過轉(zhuǎn)換器出色的共模抑制比來處理。

MAXIM ICL7126以其低功耗、高精度、抗干擾等特性，在數(shù)字面板儀表等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體需求合理選擇元件值，充分發(fā)揮該轉(zhuǎn)換器的性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。